现场料斗称量机非砝码检校方法的实现

许栋斌

摘 要：宝钢的炼铁部、炼钢部、运输部等现场安装了大量的料斗称量机。传统的砝码检校方法，需要投入大量的人力、物力，且作业效率难以提高，需确保较长的设备停运时间。而使用非砝码检校方法对现场料斗称量机进行检校可以有效缩短检校时间，确保设备的停机时间大大缩短，也降低检校成本。同时使实时跟踪设备状态成为可能，增加检校次数，提高产品质量。

关键词：料斗称量机；砝码检校；标准测力仪；非砝码检校

中图分类号： TF325.2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）31-184-2

1 料斗称量机在生产过程中的应用

宝钢现场安装了大量的料斗称量机，用于对生产过程中的各种物资进行计量，这直接影响生产产品的质量，所以必须对料斗称量机进行定期检定校准。按照我国国家计量检定规程规定，贸易结算秤需要采用砝码作为标准质量的检定方法。采用砝码检定法，工作量大，检定时间长，吊运、搬运砝码时还存在着安全隐患。这造成每年在现场料斗称量机的检定上花费了大量人力、物力，作业成本居高不下，作业效率难以提高。同时由于工作量较大，无法进一步缩短检定周期，从而无法及时准确掌握料斗称量机性能的劣化趋势， 也就无法进行实时跟踪设备状态。

近年来，料斗称量机的检校工作采用非砝码检校，国内外已有研究开发例子报道，不过未见到成熟的技术成果，也未见有任何检校方法形成技术法规。作为宝钢的专业计量检校队伍，我们本着拓展业务范围、缩短检校周期、提高检校效率、降低检校成本，同时使生产方及时了解设备状态的目的，在现场料斗称量机非砝码检校方面做了些研究。

2 称量机的组成

通常可以把称量机分解成三个功能部分，即载荷接受部分或受载力、力比较部分、反力部分。载荷接受部分（例如载荷盘等），它作为秤的一部分用于接受载荷，并将载荷产生的力施加到力比较部分上。反力部分（例如，带砝码的砝码盘或弹簧等），它作为秤的一部分产生反作用力，并将其施加到力比较部分上。力比较部分（例如计量杠杆等），它作为秤的一部分接受以上两种力。

当我们检查任何一种机械秤时，会注意到它们通常都具有以上结构。所以，我们可以认为这种结构是秤的基本结构。此外，测量是以物体质量产生的作用力与反力部分产生的反作用力之间的平衡为基础的。所以，我们可以认为秤的称重原理是利用了力的平衡。现代科技的发展，使我们在质量测量方面不仅能够利用力的静平衡，而且还可以利用力的动平衡。

载荷传递杠杆应该包括在载荷接受部分之中。对于料斗秤中称重传感器直接支撑料斗的情形，可认为它属于力比较部分被省略的一种特例。对于天平或杠杆秤，其测得值可以从反力部分上的砝码变化中获得。对于弹簧秤，其测得值可以从反力部分的弹簧伸长变化中获得。一般来说，机械秤的测得值可以从反力部分产生的某些量值变化中获得。

3 电秤和电子秤系统的构成

机械秤是指包括显示功能在内的所有功能都能通过机械手段实现的一种秤。而电秤和电子秤具有一个能将反力部分产生的变化转换成电量的传感器，还具有一个能处理电量信号以获得测得值的信号处理装置。所以，电秤和电子秤的特征在于有传感器和信号处理装置。

传感器将转化了的电信号，输送给由3种基本电路组成的信号处理装置，它们是输入电路、数据处理电路、输出电路。输入电路上有例如滤波器、放大器、A/D转换电路等，它们将传感器的输出信号变换成更适用于数据处理的信号。数据处理电路通过处理其输入信号，来获取测量值以及与测量有关的必须值。输出电路则是传输处理好的测量结果的电路。

4 斗量机的现场应用及方法

宝钢现场的料斗称量机均属于电秤和电子秤。按照我国国家计量检定规程规定，用于贸易结算的秤必须使用砝码作为标准质量的检定方法，而作为生产过程控制用的工艺秤完全可以采用效率更高的方法实施检校。而非砝码检校就是使用其他方法来替代砝码质量产生的作用力，使其与反力部分产生的反作用力平衡，达到检校目的。

根据国家计量检定规程规定，校准用标准砝码的最大允许误差应不大于被校料斗称量机最大允许误差的1/3。若称量机分度值为5kg，使用的砝码最大允许误差则为±833.3g。参考国家标准测力仪检定规程，标准测力仪准确度级别达到±0.01%F.S.。若测力仪满量程为5t，则误差为±500g（量程减小，误差还可以进一步减小）。然而在宝钢厂区内需要使用大量砝码检校的料斗称量机，其分度值一般都在10kg以上。所以由计算结果，理论上可以得到分度值大于等于5kg的称量机完全能够利用高精度的标准测力仪对其进行检校工作的结论。前提关键是受力点的力的传递是假设为理想刚体，实际上存在弹性形变。形变量对精度的影响是否在范围内，同时对于每台秤的影响都是不一样的，需要具体分析，甚至在实际操作中获得相关数据来证明。

因此推行非砝码检校，测力仪使用的标准传感器精度等级最好能够达到±0.01%F.S.。在进行检校时，在被检称量机周围需要安装3至4个固定支架。在固定支架和称量机之间安放标准传感器和液压千斤顶，利用千斤顶给称量机进行反向加压，最后在标准测力仪的显示器可以得到反向压力大小，从而来代替砝码进行检校。因此在进行现场操作时能否保证受力方向垂直以及加压时力值的稳定，将是能否实施非砝码检校的技术关键，不然将给检校结果带来较大的误差。

可以根据现场料斗称量机的结构特点，设计相应的受力支架。这需要考虑两个方面，第一现场安装位置，第二受力支架应能承受相当于标准传感器量程的加压，不发生塑性变形。

下面我们以炼铁厂高炉区域的矿石料斗称量机为例进行计算。该称量机满量程为20t，分度值为10kg，若采用标准砝码检校，其最大允许误差为±1666.7g。我们可以选用由精度达到±0.01%F.S.、量程至少为5t的四只标准传感器组成的测力仪。计算可得其误差为±500g，理论上可以替代标准砝码进行检校。

根据现场该称量机的结构尺寸及安装位置，设计出配套的四只受力支架。因为满量程为20t，所以四只受力支架将分别受到5t的压力。支架拟选用结构用冷弯方形空型钢（GB/T6728-1986）制作，参考以下公式能够计算出其在受到最大压力时的形变程度（计算时认为安装平面为刚性体，忽略其形变）。

实际安装时，l1一般为许用长度的1/3，则θ1减小为1/9，因此=-0.018%，可以忽略不计了。

由此可见，现场料斗称量机非砝码检校在理论上是完全可行的。

5 结束语

综上所述，现场料斗称量机非砝码检校虽然没有国家计量检定规程可以作为依据，但是我们可以在这方面进行一些试验性的尝试。若实际结果能够达到使用砝码检校的效果，那么在宝钢可以建立一套自己的企业标准也未尝不可。

参 考 文 献

[1] 吴福忠.纸基蜂窝零件高速加工装夹系统中填料与回收方法的研究[D].浙江大学，2004.